Для подогрева нефти используется горячий мазут, который движется противотоком в теплообменнике «труба в трубе». Мазут движется по внутренней трубе, а нефть по межтрубному кольцевому пространству. Средние значения физико-химических величин мазута и нефти представлены в таблице 3.1.
Определить необходимую поверхность нагрева, пренебрегая теплопотерями. Исходные данные приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.1 – Средние значения физико-химических величин теплоносителей
Физико-химические характеристики теплоносителей Мазут Нефть
Плотность Рм=775 кг/м3 Рн=795 кг/м3
Теплоемкость Срм=0,765 ккал/кг Срн=0,560 ккал/кг
Кинематическая вязкость vм=0,010710-4 м2/с vн=0,021110-4 м2/с
Теплопроводность м=0,0938 ккал/м2ч н=0,1054 ккал/м2ч
Таблица 3.2 – Исходные данные для расчета задачи 3.2
Параметры Вариант
4
Расход горячего мазута Gм 18000
Расход нефти Gн 56000
Температура мазута начальная/конечная 300/220
Температура нефти начальная/конечная 125/180
Диаметр внутренней трубы dвнтр 0,099
Диаметр внешней трубы dвнеш 0,161
Толщина трубы ст 0,0051
Теплопроводность стенки ст 44
Теплопроводность загрязнений грккал/м2ч 0,17
Решение
Найдем предварительно объемные расходы мазута и нефти, сечения, через которые движутся потоки, и линейные скорости этих потоков.
Для мазута объемный поток:
Wм=Gмρм=18000775∙3600=0,00645м3с;
Сечение:
S1=π∙d2внтр.4=3,14∙0,09924=0,00769 м2
;Линейная скорость:
Wм=WмS1=0,006450,00769=0,84мс
Критерий Рейнольдса составит для потока мазута:
Re=Wм∙dвнтр.vм=0,84∙0,0990,0107∙10-4=77719,63.
Режим движения потока мазута – турбулентный.
Для нефти объемный поток:
Wн=Gнρн=56000795∙3600=0,020м3с;
Сечение:
S1=π∙(d2внешн.тр-d2внутр.тр)4=3,14∙(0,1612-0,0992)4=0,013 м2
Линейная скорость:
Wн=WнS1=0,020,013=1,54мс
Критерий Рейнольдса составит для потока нефти:
Re=Wн∙dмеж.тр.vн=1,54∙(0,161-0,099)0,0211∙10-4=45251.
Режим движения потока нефти – турбулентный.
Для турбулентного режима при расчете коэффициентов теплоотдачи применима формула:
α=0,023∙λd∙Re0,8∙Pr0,4
где - коэффициент теплоотдачи, ккал/(м2·ч);
- теплопроводность, ккал/(м2·ч);
d –диаметр, м;
Pr – критерий подобия Прандтля, рассчитываемый по формуле:
Pr=Cpтvpλ.
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи 1 от горячего мазута к стенке трубы:
α1=0,023∙0,09380,099∙77719,630,8∙PrM0,4,
Найдем:
Prм=Срт∙v∙ρмλм=0,765∙0,0107∙10-4∙775∙36000,0938=24,35
Тогда:
α1=0,023∙0,09380,099∙77719,630,8∙24,350,4=638,73ккалм2∙ч
Коэффициент теплоотдачи 2 от нефти к стенке трубы:
α2=0,023∙0,1054dмеж.тр.∙Reн0,8∙Prн0,4=0,023∙0,10540,062∙452510,8∙Prн0,4
Найдем:
Prн=0,56∙0,0211∙10-4∙795∙36000,1054=32,09
Тогда
α2=0,023∙0,10540,062∙452510,8∙32,090,4=830,29 ккал/м2∙ч
Определим теперь общий коэффициент теплопередачи (К), приняв толщину трубы ст=0,0051 м, теплопроводность стенки ст=44 ккал/м2ч и теплопроводность загрязнений тр=0,17 ккал/м2ч:
Кт=11α1+(δλ)ст+2(δλ)тр+1α2=11638,73+0,005144+2∙0,00510,17+1830,29=159 ккал/м2∙ч
Расчет необходимой поверхности теплообмена выполняют по формуле:
F=Q2Kт∙∆tср
Найдем тепловую нагрузку по мазуту:
Q1=Gм∙tм0-tм∙Cрмт=18000∙300-220∙0,765=1101600 ккал/ч=
1282140 Дж/с
Тепловая нагрузка по нефти:
Q2=Gн·tн0-tн·Cрнт=56000∙180-125∙0,56=1724800ккалч=2007475,56 Дж/с
Найдем среднюю разность температур tср при противотоке:
Для мазута 300----------220
Для нефти 180----------125
tб=120 tм=95
Имеем:
∆tб∆tм=12095=1,26<2
∆tср=∆tб+∆tм2=120+952=107,5°C
Тогда поверхность нагрева составит (тепловую нагрузку подставляем в ккал/ч, так как коэффициент теплопередачи рассчитан в ккал/(м2·ч):
F1=1101600107,5∙159=64,45 м2.
F2=1724800107,5∙159=100,91 м2.
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
